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Artículo de método

Una caja de herramientas basada en RMN para la planificación neuroquirúrgica en primates no humanos

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DOI:

10.3791/61098

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17 de julio de 2020

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1Bioengineering Department, University of Washington, 2Washington National Primate Research Center, University of Washington, 3Electrical and Computer Engineering Department, University of Washington, 4Department of Ophthalmology, SUNY Downstate Health Sciences University, 5Radiology Department, University of Washington

En este artículo

Resumen

El método descrito a continuación tiene como objetivo proporcionar un protocolo completo para la preparación de neurocirugía de primates no humanos (NHP) utilizando una novedosa combinación de métodos de impresión tridimensionales (3D) y extracción de datos por resonancia magnética.

Resumen

En este documento, delineamos un método para la preparación quirúrgica que permite la planificación práctica de una variedad de neurocirugías en los PNA utilizando únicamente datos extraídos de imágenes por resonancia magnética (RM). Este protocolo permite la generación de modelos físicos anatómicamente precisos impresos en 3D del cerebro y el cráneo, así como un modelo de gel de agarosa del cerebro modelando algunas de las propiedades mecánicas del cerebro. Estos modelos se pueden extraer de la RMN utilizando software de extracción cerebral para el modelo del cerebro, y código personalizado para el modelo del cráneo. El protocolo de preparación aprovecha la tecnología de impresión 3D de última generación para hacer que los cerebros, cráneos y moldes que interconectan para modelos de cerebro de gel. Los modelos de cráneo y cerebro se pueden utilizar para visualizar el tejido cerebral dentro del cráneo con la adición de una craneotomía en el código personalizado, lo que permite una mejor preparación para las cirugías que involucran directamente el cerebro. Las aplicaciones de estos métodos están diseñadas para cirugías involucradas en la estimulación neurológica y el registro, así como la inyección, pero la versatilidad del sistema permite la futura expansión del protocolo, técnicas de extracción y modelos a un alcance más amplio de cirugías.

Introducción

La investigación de primates ha sido un paso fundamental en la progresión de la investigación médica de modelos animales a ensayos en humanos1,2. Esto es especialmente así en el estudio de la neurociencia y la ingeniería neuronal, ya que hay una gran discrepancia fisiológica y anatómica entre los cerebros de roedores y los de los primates no humanos (NHP)1,2,3. Con tecnologías genéticas emergentes como la quimiogenética, la optogenética y las imágenes de calcio que requieren la modificación genética de las neuronas, la investigación de ingeniería neuronal que estudia la función neuronal en los NHP ha ganado especial atención como modelo preclínico para entender la función cerebral2,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16. En la mayoría de los experimentos de neurociencia nhP, se requieren medidas neuroquirúrgicas para la implantación de diversos dispositivos tales como postes de cabeza, cámaras de estimulación y grabación, matrices de electrodos y ventanas ópticas4,5,6,7,10,11,13,14,15,17,18.

Los laboratorios actuales de NHP utilizan una variedad de métodos que a menudo incluyen prácticas ineficaces, incluyendo sedar al animal para que se ajuste a las piernas de un poste de la cabeza y aproximar la curvatura del cráneo alrededor del sitio de craneotomía. Otros laboratorios ajustan el poste de la cabeza al cráneo en la cirugía o emplean métodos más avanzados para obtener las mediciones necesarias para la implantación como el análisis de un atlas cerebral NHP y resonancia magnética (MR) para tratar de estimar las curvaturas del cráneo2,10,11,16. Las neurocirugías en los PNA también implican inyecciones de fluidos, y los laboratorios a menudo no tienen manera de visualizar la ubicación de inyección proyectada dentro del cerebro2,4,5,13,14 que dependen únicamente de las mediciones estereotaxicas y la comparación con las exploraciones por RMN. Estos métodos tienen un grado de incertidumbre inevitable al no poder probar la compatibilidad física de todos los componentes complejos del implante.

Por lo tanto, hay una necesidad de un método no invasivo preciso para la planificación neuroquirúrgica en los PNA. Aquí, presentamos un protocolo y metodología para la preparación de cirugías de implantación e inyección en estos animales. Todo el proceso proviene de las resonancias magnéticas, donde el cerebro y el cráneo se extraen de los datos para crear modelos tridimensionales (3D) que luego se pueden imprimir en 3D. Los modelos de cráneo y cerebro se pueden combinar para prepararse para cirugías de craneotomía, así como postes de cabeza con un mayor nivel de precisión. El modelo cerebral también se puede utilizar para crear un molde para la fundición de un modelo de gel anatómicamente preciso del cerebro. El cerebro de gel solo y en combinación con un cráneo extraído se puede utilizar para prepararse para una variedad de cirugías de inyección. A continuación describiremos cada uno de los pasos necesarios para la caja de herramientas basada en RMN para la preparación neuroquirúrgica.

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Protocolo

Todos los procedimientos con animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Washington. Se utilizaron dos ésos macacos machos (mono H: 14,9 kg y 7 años, mono L: 14,8 kg y 6 años).

1. Adquisición de imágenes

  1. Transporte el mono a un escáner de RMN 3T y coloque al animal en un marco estereotaxico compatible con RMN (Tabla de materiales).
  2. Registre el T1 estándar (ángulo de volteo a 8o, tiempo de repetición/tiempo de eco a 7,5/3,69 s, tamaño de la matriz a 432 x 432 x 80, duración de adquisición a 103,7 s, Multicoil(Tabla de materiales),número de promedios a 1, grosor de la rebanada a 1 mm) imágenes de RM anatómicas.
    NOTA: Para un aislamiento exitoso del cráneo, utilice los parámetros de adquisición de RMN aplicados aquí para maximizar la separación entre el cráneo y el cerebro.

2. Extracción cerebral

  1. En el software de imágenes MR para extracción cerebral, seleccione Abrir | Abrir imagen. Cargue el escaneo T1 Quick Magnetization Prepared Rapid Gradient Echo (MPRAGE) adquirido en el paso 1.2 en un software de imágenes MR (Table of Materials).
  2. Para extraer el cerebro, en el menú desplegable Plugins seleccione Extraer cerebro (BET). Extraiga en un umbral de intensidad alrededor de 0,5 x 0,7 y establezca el valor de gradiente de umbral en 0. Utilice repetidamente la función de extracción en umbrales de intensidad sucesivamente inferiores hasta que el análisis contenga solo la anatomía cortical (Figura 1B).
    NOTA: Este es un proceso iterativo porque el software no está diseñado para cerebros NHP y la extracción no es precisa
  3. En el menú Región de interés (ROI), seleccione Umbral a ROI y seleccione la opción para Shrink Wrap y 3D para crear un mapa de bits del cerebro. Esto convertirá el volumen en bits binarios a partir de un degradado, lo que simplifica los procesos de generación de modelos futuros. Elija un umbral (generalmente alrededor de 600) para aislar el cerebro del tejido circundante. Este umbral se puede encontrar pasando el ratón sobre la materia gris. Seleccione Aceptar para formar el mapa de bits.
  4. Para crear una superficie, seleccione Crear superficie en el menú de imagen e introduzca el umbral utilizado para extraer el cerebro en el paso 2.3. A continuación, seleccione Aceptar. La superficie resultante se puede utilizar como referencia para ajustar el valor umbral para producir la representación de mayor calidad de la anatomía objetivo (Figura 1C).
  5. En la pestaña de archivo, seleccione Guardar o Guardar comoy guarde el ROI cerebral extraído como un archivo .nii o .nii.gz para su uso en la creación del modelo del cerebro.

3. Modelado cerebral

  1. Seleccione Cargar datos | Elija Archivos para agregar y cargar el cerebro extraído guardado en el tipo de archivo .nii o .nii.gz en el software de procesamientode imágenes médicas( Tabla de materiales ).
  2. Pase el cursor sobre el menú desplegable Welcome to slicer en la barra de herramientas de módulos y desplácese a todos los módulos. En ese menú, seleccione la funcionalidad Editor. Haga clic en Aceptar en la advertencia emergente.
  3. En el menú del módulo Editor, seleccione Efecto umbral y ajuste los controles deslizantes de rango de umbral para que la parte del mapa de bits que contiene el cerebro se resalte en los tres sectores. Al cargar un mapa de bits, ajustar ambos controles deslizantes a un valor de 1 selecciona todo el cerebro. Seleccione Aplicar.
  4. Abra el módulo del fabricante del modelo y, en el menú desplegable de volúmenes de entrada, seleccione el archivo de mapa de bits generado en el paso 3.3. En Modelos, seleccione Crear nueva jerarquía de modelos. Después de asignar el nombre del modelo a la jerarquía, seleccione Aplicar para crear el volumen.
  5. Guarde el archivo en el formato .stl.
  6. Para modificar aún más el modelo cerebral, cargue el archivo .stl como un cuerpo de gráficos en un software de diseño asistido por ordenador (Tabla de materiales)
    NOTA: Esto puede tomar un tiempo, ya que las superficies cerebrales de malla importadas son a menudo bastante complejas.
  7. Una vez importado el archivo, en el árbol de entidades del lado izquierdo de la pantalla, haga clic en los elementos secundarios del cuerpo gráfico y suprima las entidades gráficas innecesarias hasta que solo queden en el archivo las entidades que contienen el cerebro. Guarde el archivo restante como un archivo .prt para su posterior manipulación y como un archivo .stl para la impresión 3D. Guarde el archivo restante como un archivo .prt para su posterior manipulación y como un archivo .stl para la impresión 3D.

4. Moldeo cerebral

  1. Cargue el modelo cerebral extraído de la sección 3 al software de diseño asistido por ordenador abriendo el archivo .prt. En la sección de operaciones del menú insertar, seleccione Convertir en sólido de malla. Seleccione el cuerpo gráfico del cerebro y conviértalo.
  2. Crear un molde derecho e izquierdo del cerebro completo
    1. Haga clic en el botón Croquis y seleccione el plano superior como plano de croquis. Dibuja un rectángulo que contenga la totalidad del hemisferio derecho o izquierdo del cerebro. Seleccione la operación de extrusión de saliente/base mientras está en el croquis y extruya un rectángulo cúbico para que contenga la parte superior del cerebro.
      NOTA: El cubo puede tener que ser extruido en dos direcciones para contener todo el hemisferio. Esto se debe a que el punto cero, donde se encuentra el plano de extrusión, puede caer dentro del modelo cerebral. La extrusión en ambas direcciones garantiza que el molde abarcará todo el volumen de interés.
    2. En la sección de operaciones del menú 'insertar', seleccione Convertir en sólido de malla. Seleccione el cubo extruido en la carpeta Sólidos y conviértalo. Para crear el espacio negativo, reste el modelo del cerebro del cubo recién extruido utilizando la función Combinar y seleccionando la opción de restar.
    3. Repita los pasos 4.2.1 y 4.2.2 para el otro hemisferio del cerebro (izquierda o derecha) y guarde los archivos resultantes como un .stl para la impresión 3D y un .prt para una manipulación adicional.
  3. Creando un molde derecho e izquierdo de la mitad superior del cerebro.
    1. Crea un boceto en el plano superior y dibuja un rectángulo que contenga la totalidad del hemisferio derecho o izquierdo del cerebro. Seleccione la operación de extrusión de saliente/base mientras está en el croquis y extruya con la operación Desfase desde plano seleccionada. Desplaza la extrusión hasta una distancia donde no hay contornos colgantes en la anatomía cerebral, capturando solo la anatomía superior. En la sección de operaciones del menú 'insertar', seleccione Convertir en sólido de malla. Seleccione el cubo extruido en la carpeta Sólidos y conviértalo.
    2. Para crear el espacio negativo, reste el modelo del cerebro del cubo recién extruido utilizando la función Combinar y seleccionando la opción de restar.
    3. Cree un plano de croquis en el lado dorsal del molde y seleccione Convertir entidades y, a continuación, seleccione el croquis en el paso 4.3.1.
    4. Seleccione la operación de extrusión de saliente/base mientras está en el croquis y, con la opción de extrusión ciega seleccionada, extruya el cuerpo sólido aproximadamente 5 mm para encerrar completamente la anatomía cerebral restada en el molde.
    5. Repita los pasos 4.3.1 a 4.3.4 para el otro hemisferio del cerebro (izquierda o derecha) y guarde los archivos resultantes como un .stl para la impresión 3D y un .prt para una manipulación adicional.
  4. Al cambiar las dimensiones y la ubicación del cubo y seguir el mismo protocolo (pasos 4.1 y 4.2), cree moldes que contengan diferentes partes del cerebro.
  5. Para la impresión 3D, utilice una densidad de relleno del 70 % y aumente el espesor de la carcasa exterior de la impresión para minimizar las fugas del material de moldeo. Si hay huecos o defectos en la impresión, llénelos con esmalte de uñas u otro agente de encuadernación.

5. Modelado de cráneos

  1. Importe el MRI QUICK MPRAGE del paso 1.2 al software de manipulación de matriz como un archivo DICOM. El archivo DICOM puede estar en marcos 2D independientes. Si este es el caso, combine todos los fotogramas en una matriz 3D. Asegúrese de que cada fotograma 2D de la matriz muestra un corte coronal.
  2. Cree una máscara binaria mediante el umbral de la matriz 3D utilizando un operador mayor que para los valores de píxel individuales. Ajuste el umbral de tal manera que la máscara capture la anatomía del cráneo (consulte Archivo de codificación suplementario CalibrateMask).
    NOTA: La máscara contendrá cuatro capas distintas. Desde el exterior hacia adentro, se les denominará "fuera", "musculatura", "cráneo" y "cerebro". En esta etapa, "fuera" y "cráneo" son 0 en la máscara, y "musculatura" y "cerebro" son 1.
  3. Para eliminar la capa de "musculatura", procese cada fotograma de la máscara 3D por separado agarrando iterativamente un corte 2D de la máscara (es decir, 3D_Mask(:,:,1)).
    1. Para cada fotograma, seleccione 0 píxeles de las esquinas del marco en la capa "outside" como "semilla". A continuación, busque en los 0 vecinos hasta que encuentre 1 píxel. Continúe buscando hasta que no se encuentren más 0. Convierte todos los 0 conectados a 1. Esto se hace utilizando la función Matlab "imfill", con las entradas y salidas siendo [MASK2] - imfill(MASK1,LOCATIONS,CONNECTIVITY), donde MASK1 es su máscara original, y MASK2 es la máscara rellena (consulte Archivo de codificación suplementario FillExterior).
  4. Parte de la información del cráneo se perderá durante la extracción. Para mitigar la pérdida de información, realice el paso 5.3 en las tres dimensiones de los datos y manténgalos separados.
    NOTA: Ahora tanto "fuera" como "musculatura" son 1, y se considerará como "fuera". La máscara ahora contiene tres capas distintas, "fuera", "cráneo" y "cerebro". "Fuera" y "cerebro" son 1, y "cráneo" es 0.
  5. Invierta los valores de la máscara utilizando el operador de la palabra (es decir, MASK2 - .MASK1). Ahora "cráneo" es 1 y "fuera" y "cerebro" son 0.
  6. Los 1 que se tocan entre sí en cada máscara se pueden considerar "objetos". Cree un índice de todos los objetos de cada máscara utilizando la función Matlab "bwconncomp", con las entradas y salidas [CC] á bwconncomp(MASK), donde MASK es la matriz de máscara 3D, y CC es un objeto estructural que contiene los valores de índice de para cada objeto, el número de objetos y el tamaño de la matriz. Para cada máscara, elimine todos los objetos excepto el más grande que contenga más vóxeles estableciendo los valores de los objetos más pequeños en 0's (consulte Archivo de codificación suplementario RemoveNoise).
  7. Agregue las máscaras creadas a partir de cada pasada juntas (consulte Archivo de codificación suplementario MergeMasks).
  8. Escale el cerebro a una resolución consistente.
    1. En el encabezado DICOM, compare el tamaño del paso entre cada fotograma de la RMN con las dimensiones de cada píxel.
    2. Si estos valores son diferentes, defina un factor de escala para compensar la diferencia de resolución entre el tamaño del paso y el tamaño de píxel para cada vóxel. Por ejemplo, si cada fotograma está separado de 1 mm y la dimensión de píxel es de 0,33 mm x 0,33 mm, el factor de escala será 3.
    3. Agregue vóxeles vacíos adicionales a la máscara 3D hasta que la dimensión de resolución más baja de la máscara sea mayor por un factor definido por el factor de escala (consulte Archivo de codificación suplementario "ScaleMask").
    4. Interpolar linealmente valores en la máscara hasta que la máscara llene el nuevo espacio.
    5. Exporte el cráneo como un archivo .stl o un tipo de archivo similar para la impresión 3D.

6. Creación de craneotomía en el modelo de cráneo 3D

  1. Utilizando el archivo de RMN del paso 5.1, identifique manualmente la ubicación aproximada de la craneotomía a partir de puntos de referencia anatómicos que se encuentran en el atlas cerebral macaco (por ejemplo, sulcus central)19.
    1. Ver un sector individual de la matriz 3D (Similar al paso 5.3).
    2. Escanee manualmente hacia adelante o hacia atrás a través de la matriz 3D hasta que se encuentren puntos de referencia anatómicos reconocibles.
    3. Guarde el número de fotograma como la coordenada z (es decir, 3D_Mask(:,:,z)
    4. Utilice una herramienta de selección de datos para guardar las coordenadas x e y de un único punto en este marco para que la craneotomía se centre en el uso de la función Matlab "getpts", con las entradas y salidas siendo [x,y] - getpts. "getpts" abre una interfaz de usuario, haga clic en el marco deseado (consulte Archivo de codificación suplementario LocateCraniotomy).
  2. Convierta el radio de la craneotomía prevista de mm a voxels utilizando la información del encabezado DICOM.
  3. Usando el punto especificado en el paso 6.1 como punto central, establezca todos los vóxeles dentro del radio definido en 6.2 a cero en la máscara desde el paso 5.8.4 usando el archivo de codificación suplementario Craniotomía, donde las entradas y salidas son [craniotomyMask] - Craniotomy(mask, x, y, z, radius, X, Y, Z, resolución)donde cranitomyMask es una matriz 3D con una craniotomía eliminada, la máscara es la matriz 3D inicial, x,y,z son las coordenadas de punto central de la craneotomía, el radio es el radio de la craneotomía, X,Y,Z son vectores de cuadrícula de la matriz 3D, y la resolución es su radio definido en el paso 6.2 (ver archivo de codificación adicional Craniotomía).
  4. Para múltiples craneotomías, repita los pasos 6.1 a 6.3 para cada craneotomía única.
  5. Exporte el cráneo como un archivo .stl o un tipo de archivo similar para la impresión 3D.

Impresión 7.3D

NOTA: Se utilizan dos tipos de impresoras 3D para prototipos físicos(Tabla de materiales). Para las siguientes especificaciones, todos los ajustes de impresora 3D y software de impresión deben ser predeterminados a menos que se mencione lo contrario.

  1. Para imprimir los prototipos y moldes, utilice una impresora PLA estándar(Tabla de materiales)y cree el Código G con los siguientes ajustes de impresora y software: densidad interna >50% (esto es especialmente importante para los moldes, ya que deben contener líquido), patrón de llenado interno de panal rápido, patrón de llenado externo rectilineal, temperatura de la placa a 50 oC y temperatura del extrusor a 230 oC.
  2. Con el fin de imprimir modelos de mayor fidelidad del cerebro y el cráneo utilizar una impresora de grado industrial para hacer una impresión combinada de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS) para el modelo y un material de soporte disuelto (Tabla de materiales). A continuación, cree el código G y con los siguientes ajustes de impresora: estilo de relleno Disperso - Alta densidad. Todos los demás ajustes se establecerán automáticamente en la configuración predeterminada adecuada.
    1. Disolver el modelo en disolvente de soporte (Tabla de materiales) durante 12 h.
  3. Después de implementar la configuración de impresora adecuada, pulse Iniciar y observe la primera capa de la impresión para asegurarse de que la capa base esté limpia y uniforme.
  4. Después de imprimir en 3D los moldes, parchee los orificios visibles con esmalte de uñas (Tabla de materiales) para garantizar un sello más apretado.
    NOTA: Los modelos de cerebro y cráneo impresos en 3D se pueden combinar insertando el modelo cerebral en la parte inferior abierta del cráneo. Extirpar la anatomía ocular puede facilitar la colocación del modelo cerebral sin perder información importante. Cuando se coloca dentro del cráneo, el cerebro se alinea naturalmente con la posición anatómicamente correcta.

8. Preparación de la agarosa

  1. Mezclar el polvodeagar ( Tabla de Materiales ) y la goma de la langosta en polvo (Tabla de Materiales) en una proporción de 1:4 por masa.
  2. Combine la mezcla de polvo con 1x solución tamponada de fosfato(Tabla de materiales)a una solución de concentración del 0,6% en un matraz Erlenmeyer.
    NOTA: Las concentraciones utilizadas por otros laboratorios caen en un rango de 0.5%-0.6%20,21.
  3. Ajuste el microondas a máxima potencia y coloque el matraz que contiene la solución en el microondas durante 2 minutos.
  4. Observe la solución. Cuando la solución comience a burbujear, detenga el microondas y el temporizador, retire el matraz y gire vigorosamente. Vuelva a poner el matraz en el microondas y reanude el microondas y el temporizador.
    NOTA: El propósito es calentar la solución sin reducir el volumen significativamente debido a la evaporación durante la ebullición.
  5. Repita el paso 8.4 hasta que se completen los dos minutos.
  6. Retire el matraz y mantenga el remolino para evitar que la solución se ajuste en el matraz.
  7. Ejecute agua fría en el exterior del matraz para enfriar la solución mientras se arremolina. Enfríe la solución hasta que el exterior del matraz esté caliente al tacto, pero tolerable y seguro, para evitar que la solución deforme el molde de plástico en los siguientes pasos.
  8. Gire el matraz mientras transporta la solución al molde para evitar el endurecimiento prematuro.

9. Moldeo de agarosa

NOTA: El proceso de moldeo de agarosa que se describe a continuación es el mismo para los moldes del hemisferio completo y del medio hemisferio superior

  1. Vierta la solución de agarosa en uno de los moldes cerebrales hasta que esté lleno. Continúe girando la solución restante en el matraz.
  2. Supervise el nivel de solución en el molde en busca de fugas. Rellene el molde según sea necesario, ya que la agarosa de ajuste sellará cualquier fuga en el molde.
  3. Deje que la solución en el molde se siente sin perforar a temperatura ambiente hasta que la solución se haya ajustado y endurecido en un sólido.
    NOTA: Mientras que los tiempos de espera pueden variar dependiendo del volumen de la solución y otros factores, 2 h se encuentra para ser un tiempo de espera confiable.
  4. Utilice una espátula para retirar suavemente el modelo de gel del molde. Ser estratégico con la ubicación de la inserción de la espátula en el molde con el fin de evitar posibles deformaciones a la superficie del molde.
  5. Para ralentizar el proceso de evaporación natural y la exposición a agentes biológicos, coloque el modelo de gel en un recipiente sellado en un refrigerador.

10. Inyección en el modelo de gel de agarosa

  1. Prepare la bomba para perfusión y fíjela en un brazo estereotaxico en un marco estereotaxico(Tabla de materiales). Coloque la bomba en la trayectoria de inyección correcta y en la ubicación normal a la superficie del modelo de gel desde la sección 9.
  2. Llene una jeringa de 250 l(Tabla de materiales)con agua DI. Monte la jeringa en la bomba(Tabla de materiales).
    NOTA: Antes de dibujar cualquier tinte, el agua DI debe llenar completamente la cánula de inyección(Tabla de materiales). De esta manera, cuando el tinte se dibuja a través de la cánula no hay compresión o expansión de aire por el émbolo que pueda afectar el volumen de inyección.
  3. Utilice el controlador de la bomba (Tabla de materiales) para retirar la coloración de los alimentos ( Tabla demateriales) en la jeringa hasta el volumen de inyección objetivo. Inyecte el colorante de los alimentos lentamente hasta que se forme un pequeño cordón en la punta de la cánula para evitar que se inyecten burbujas de aire en el gel. Seque el cordón de la punta de la cánula.
  4. Coloque el modelo de gel debajo de la cánula. Baje la cánula hasta que la punta toque la superficie del modelo de gel. Observe las medidas en el brazo estereotaxico.
  5. Baje la cánula en el modelo de gel de forma rápida y suave a la profundidad de inyección objetivo y asegúrese de que la superficie del gel se haya sellado alrededor de la cánula.
  6. Ejecute la bomba y observe la propagación del colorante de los alimentos hasta que se inyecte el volumen objetivo. Comience con un caudal de 1 l/min y aumente a 5 l/min con pasos de 1 l/min cada minuto. La propagación de la coloración de los alimentos en el gel es una aproximación de la propagación de un vector viral en el cerebro.
  7. Retire la cánula del gel de forma rápida y suave.
  8. Capturar imágenes de la propagación de la coloración de los alimentos con un dispositivo fotográfico (Tabla de materiales) y medir físicamente las dimensiones de la embolia con el fin de calcular el volumen elipsoide de la inyección. Este enfoque es posible debido a la naturaleza transparente del gel.

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Resultados

La manipulación y el análisis de las resonancias magnéticas como medida de planificación de la craneotomía preoperatoria se ha utilizado con éxito en los últimos2,5,10,16. Este proceso, sin embargo, se ha mejorado en gran medida por la adición del modelado 3D del cerebro, cráneo y craneotomía. Pudimos crear con éxito un modelo físico anatómicamente preciso del cerebro que reflejaba el área de i...

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Discusión

Este artículo describe una caja de herramientas para la preparación de neurocirugías en LOS PCN utilizando modelos físicos y CAD de cráneo y anatomía cerebral extraídos de las exploraciones por RMN.

Mientras que los modelos de cráneo y cerebro extraídos e impresos en 3D fueron diseñados específicamente para la preparación de cirugías de craneotomía y la cabeza postimplantaciones, la metodología se presta a varias otras aplicaciones. Como se describió anteriormente, el modelo físico del cráneo ...

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Divulgaciones

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar en este momento.

Agradecimientos

Este proyecto fue apoyado por el Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano Eunice Kennedy Shiver de los Institutos Nacionales de Salud bajo el Premio Número K12HD073945, el Centro Nacional de Investigación de Primates de Washington (WaNPCR, P51 OD010425), el Centro de Neurotecnología (CNT, un Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de la Fundación Científica bajo la Beca CEE-1028725) y la Universidad de Washington Royalty. La financiación de los laboratorios Macknik y Martinez-Conde para este proyecto vino de un PREMIO BRAIN Initiative NSF-NCS 1734887, así como de los Premios NSF 1523614 y 1829474, y de las Becas SUNY Empire Innovator a cada profesor. Agradecemos a Karam Khateeb por su ayuda con la preparación de la agarosa, y a Toni J Huan por su ayuda técnica.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Software de impresión 3D (GrabCAD Print)Stratasysversión 1.36Se utiliza para la impresión 3D de alta calidad
Software de impresión 3D (Simplify 3D)Simplify3Dversión 4.1Se utiliza para la impresión 3D PLA
AgaroseBenchmark ScientificA1700Se utiliza para hacer cerebros de gel
Esmalte de uñas negroL.A. ColorsCNP637Se utiliza para el moldeo en
gelCánula (ID 450 mmm, OD 666 mmm)Polymicro Technologies1068150625Se utiliza para inyectar tinte en el cerebro de gel
Conector de catéterB BraunPCC2000Perifix para catéteres epidurales de calibre 20-24; Unidades por Cs 50
Dremel 3D Impresora Digilab 3D45DremelF0133D45AAUtilizado para la creación de prototipos en PLA
ECOWORKSStratasys300-00104Se utiliza para disolver estructuras de soporte QSR
Matraz ErlymeyerPyrex4980Utilizado para moldeo en gel
Cianoacrilato de etiloThe Original Super Glue Corp.15187Se utiliza para fabricar cánula combinada
Cilindro3023Se utiliza para el moldeo en gel
HATCHBOX PLA Filamento de impresora 3DHATCHBOX3DPLA-1KG1.75-RED/3DPLA-1KG1.75-BLACK Bobina de1 kg, 1,75 mm, rojo/negro
Goma de garrofínDespensa modernista1018Agente de goma para mezclas de cerebro en gel
MATLABMathWorksR2019bUtilizado para Extracción de cráneo
McCormick Colorante alimentario amarilloMcCormickSe utiliza para la inyección de tinte
MicroondasPanasonicNN-SD975SSe utiliza para el curado de agarosa
Software de imágenes por resonancia magnética (3D Slicer)3D Slicerversión 4.10.2Se utiliza para la generación de modelos 3D
Software de imágenes por resonancia magnética (Mango con complemento BET)Reasearch Imaging Instituteversión 4.1Se utiliza para el cerebro extracción
Philips Acheiva Sistema de resonancia magnéticaPhilips4522 991 19391Se utiliza para obtener imágenes de primates no humanos
Solución tamponada de fosfatoGibco70011-04410X diluida con agua desionizada a 1X
BombaWPIUMP3T-1Utilizada para la inyección de tinte
Controlador de bombaWPIUMP3T-1Utilizada para la inyección
tinte RefrigeradorGeneral ElectricSe utiliza para conservar el gel de agarosa
Espátula científicaVWR82027-494Se utiliza para extraer moldes de gel
SolidWorksDassault Systèmes2019
Stratasys ABS-M30 filamentoStratasys333-60304Se utiliza para la impresión 3D de alta calidad Impresora 3D
Stratasys F170Stratasys123-10000Se utiliza para impresión 3D de alta calidad
Soporte QSR StratasysStratasys333-63500Se utiliza para crear soportes con el modelo ABS
JeringaSGESGE250TLLSe utiliza para la inyección de tinte
graduado de

Referencias

  1. Phillips, K. A., et al. Why primate models matter. American Journal of Primatology. 76 (9), 801-827 (2014).
  2. Macknik, S. L., et al. Advanced Circuit and Cellular Imaging Methods in Nonhuman Primates. Journal of Neuroscience. 39 (42), 8267-8274 (2019).
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